Bc.PavelBeran AnalýzaIOTAprotokoluajehopˇr´ıpadyuˇzit´ı Diplomovápráce

(1)

Ing. Michal Valenta, Ph.D.

vedoucí katedry doc. RNDr. Ing. Marcel Jiřina, Ph.D.

děkan Název: Analýza protokolu IOTA a jeho případy užití

Student: Bc. Pavel Beran

Vedoucí: Ing. Petra Pavlíčková, Ph.D.

Studijní program: Informatika

Studijní obor: Webové a softwarové inženýrství Katedra: Katedra softwarového inženýrství Platnost zadání: Do konce letního semestru 2019/20

Pokyny pro vypracování

Cílem práce je analyzovat protokol IOTA včetně jeho výhod a nevýhod se zaměřením především na oblast Internet of Things. Současně s tím zanalyzovat možné případy užití protokolu a služby, které díky němu mohou vzniknout. V poslední řadě implementovat jádro jednoho z probraných případů užití.

1) Zanalyzujte Internet of Things, jeho dopady a problémy, se kterými se potýká.

2) Zanalyzujte protokol IOTA a vysvětlete hlavní podstatu jeho fungování.

3) Zhodnoťte vhodnost protokolu IOTA pro využití v rámci Internet of Things, vzhledem k jeho specifickým požadavkům na technologie.

4) Prozkoumejte možné případy užití protokolu IOTA, případně v kombinaci s IoT a obchodní modely a aplikace, které díky nim mohou vzniknout.

5) Zanalyzujte možnosti vývoje pomocí protokolu IOTA.

6) Vyberte jednu uvedenou aplikaci a technicky ji zanalyzujte a implementujte jádro daného systému s použitím protokolu IOTA.

7) Implementaci ekonomicky zhodnoťte a doporučte další vývoj/postup.

Seznam odborné literatury

Dodá vedoucí práce.

(2)

(3)

Anal´ yza IOTA protokolu a jeho pˇ r´ıpady uˇ zit´ı

Bc. Pavel Beran

Katedra Softwarov´eho Inˇzen´yrstv´ı

Vedouc´ı pr´ace: Ing. Petra Pavl´ıˇckov´a, Ph.D.

29. dubna 2019

(4)

(5)

Mé podˇekován´ı patˇr´ı pan´ı Ing. Petˇre Pavl´ıˇckové, Ph.D. za konzultace pˇri zpra- cováván´ı této práce a za jej´ı celkové veden´ı.

(6)

(7)

Prohlaˇsuji, ˇze jsem pˇredloˇzenou práci vypracoval(a) samostatnˇe a ˇze jsem uvedl(a) veˇskeré pouˇzité informaˇcn´ı zdroje v souladu s Metodickým pokynem o etické pˇr´ıpravˇe vysokoˇskolských závˇereˇcných prac´ı.

Beru na vˇedom´ı, ˇze se na moji práci vztahuj´ı práva a povinnosti vyplývaj´ıc´ı ze zákona ˇc. 121/2000 Sb., autorského zákona, ve znˇen´ı pozdˇejˇs´ıch pˇredpis˚u.

V souladu s ust.§46 odst. 6 tohoto zákona t´ımto udˇeluji nevýhradn´ı oprávnˇen´ı (licenci) k uˇzit´ı této moj´ı práce, a to vˇcetnˇe vˇsech poˇc´ıtaˇcových program˚u, jeˇz jsou jej´ı souˇcást´ı ˇci pˇr´ılohou, a veˇskeré jejich dokumentace (dále souhrnnˇe jen

”D´ılo“), a to vˇsem osobám, které si pˇrej´ı D´ılo uˇz´ıt. Tyto osoby jsou oprávnˇeny D´ılo uˇz´ıt jakýmkoli zp˚usobem, který nesniˇzuje hodnotu D´ıla, a za jakýmkoli

´

uˇcelem (vˇcetnˇe uˇzit´ı k výdˇeleˇcným úˇcel˚um). Toto oprávnˇen´ı je ˇcasovˇe, teri- toriálnˇe i mnoˇzstevnˇe neomezené. Kaˇzdá osoba, která vyuˇzije výˇse uvedenou licenci, se vˇsak zavazuje udˇelit ke kaˇzdému d´ılu, které vznikne (byt’ jen zˇcásti) na základˇe D´ıla, úpravou D´ıla, spojen´ım D´ıla s jiným d´ılem, zaˇrazen´ım D´ıla do d´ıla souborného ˇci zpracován´ım D´ıla (vˇcetnˇe pˇrekladu), licenci alespoˇn ve výˇse uvedeném rozsahu a zároveˇn zpˇr´ıstupnit zdrojový kód takového d´ıla ale- spoˇn srovnatelným zp˚usobem a ve srovnatelném rozsahu, jako je zpˇr´ıstupnˇen zdrojový kód D´ıla.

V Praze dne 29. dubna 2019 . . . .

(8)

c 2019 Pavel Beran. Vˇsechna pr´ava vyhrazena.

Tato práce vznikla jako ˇskoln´ı d´ılo na ˇCeském vysokém uˇcen´ı technickém v Praze, Fakultˇe informaˇcn´ıch technologi´ı. Práce je chránˇena právn´ımi pˇredpisy a mezinárodn´ımi úmluvami o právu autorském a právech souvisej´ıc´ıch s právem autorským. K jej´ımu uˇzit´ı, s výjimkou bezúplatných zákonných licenc´ı a nad rámec oprávnˇen´ı uvedených v Prohláˇsen´ı na pˇredchoz´ı stranˇe, je nezbytný sou- hlas autora.

Odkaz na tuto pr´aci

Beran, Pavel.Analýza IOTA protokolu a jeho pˇr´ıpady uˇzit´ı. Diplomová práce.

Praha: ˇCeské vysoké uˇcen´ı technické v Praze, Fakulta informaˇcn´ıch technologi´ı, 2019.

(9)

Internet vˇec´ı je jedn´ım z modern´ıch koncept˚u, který vˇsak stále hledá technologie, o které by se v budoucnu op´ıral. D˚uvodem jsou pˇredevˇs´ım jeho rozsáhlé poˇzadavky, které na dané technologie klade. Jednou z tˇechto technologi´ı, které si kladou za c´ıl stát se standardem v rámci Internetu vˇec´ı, je protokol IOTA.

Jedná se o jednu z implementac´ı distribuované úˇcetn´ı knihy. V rámci práce je nejprve pˇredstavena samotná technologie a koncepty, na kterých je zaloˇzena.

Následnˇe je protokol analyzován z hlediska pouˇzitelnosti v rámci Internetu vˇec´ı a to pˇredevˇs´ım z hlediska specifických vlastnost´ı, které by mˇel splˇnovat.

Zároveˇn jsou pˇredstaveny nové obchodn´ı modely a aplikace, které d´ıky vlastnostem protokolu mohou vzniknout. Jedna z tˇechto aplikac´ı je následnˇe imple- mentována a tato implementace je vyuˇzita ke zhodnocen´ı moˇznost´ı vývoje nad danou technologi´ı. Práce tedy pˇredstavuje nový protokol IOTA a hodnot´ı jej jako technologii pro IoT, projekt jako celek a zároveˇn jako technologii urˇcenou pro stavbu dalˇs´ıch aplikac´ı.

Kl´ıˇcová slova IOTA protokol, analýza, distribuovaná úˇcetn´ı kniha, Internet vˇec´ı, Node.js

(10)

The Internet of Things is one of the modern concepts that are still searching for its future main technologies. The reason for this are mainly its extensive technological requirements. One of these technologies that aims to become one of the IoT standards is IOTA protocol. It is one of the implementations of distributed ledger. In the first part this thesis presents the protocol itself and the main technologies and concepts it is based on. After that the protocol is analysed, especially its usability for the Internet of Things due to its specific requirements. The thesis also presents some new business models and applications that can be created thanks to the protocol. One of these applications is implemented in the last part and the implementation serves as a basis for the analysis of the development upon the protocol. Overall the thesis presents the IOTA protocol and analyses it as a new technology for IoT, as a project itself and also as a technology intended to be used for application development.

Keywords IOTA protocol, analysis, distributed ledger, Internet of Things, Node.js

(11)

Uvod´ 1

1 C´ıle a metodika 3

1.1 C´ıle . . . 3

1.2 Metodika . . . 3

1.3 Doba vzniku pr´ace . . . 4

2 Reˇserˇsn´ı ˇc´ast 5 2.1 Internet vˇec´ı . . . 5

2.2 IOTA . . . 10

2.3 Shrnut´ı kapitoly . . . 28

3 Analytická ˇcást 29 3.1 Dopady a problémy Internetu vˇec´ı . . . 29

3.2 Vhodnost IOTA protokolu v r´amci IoT ekosyst´emu . . . 30

3.3 Aplikace IOTA protokolu a obchodn´ı modely . . . 41

4 Implementace 47 4.1 Uvod k implementaci . . . .´ 47

4.2 Analytick´a ˇc´ast . . . 47

4.3 Implementaˇcn´ı ˇc´ast . . . 67

4.4 Zhodnocen´ı a ovˇeˇren´ı ˇreˇsen´ı . . . 83

5 Doporuˇcen´ı dalˇs´ıho postupu 87 5.1 Implementovan´y syst´em . . . 87

5.2 IOTA jako projekt . . . 88

Z´avˇer 91

(12)

A Seznam pouˇzit´ych zkratek 99

B Obsah pˇriloˇzen´eho CD 101

(13)

2.1 Orientovan´y acyklick´y graf . . . 12

2.2 L´ın´a transakce 14 potvrzuj´ıc´ı transakce star´e . . . 14

4.1 Diagram pˇr´ıpad˚u uˇzit´ı . . . 52

4.2 Diagram propojen´ı infrastruktury . . . 63

4.3 Sch´ema datab´aze . . . 66

4.4 Rozloˇzen´ı aplikace . . . 71

4.5 Algoritmus zpracov´an´ı nov´e transakce v Tangle . . . 79

(14)

(15)

2.1 Pˇrevody jednotek IOTA . . . 19

(16)

(17)

Internet se od svého vzniku v ˇsedesátých, ˇci sedmdesátých letech (názory na rok vzniku internetu se ˇcasto r˚uzn´ı, o ˇcemˇz se zmiˇnuji v kapitole o struˇcné historii internetu) pomˇernˇe zásadnˇe vyvinul. Z jednoduché komunikaˇcn´ı s´ıtˇe pro vyvolená zaˇr´ızen´ı se stal hromadnˇe pouˇz´ıvanou technologi´ı, bez které by si velká ˇcást populace nedokázala ˇzivot pˇredstavit.

V souˇcasné dobˇe je na internetu v´ıce neˇz 4 miliardy uˇzivatel˚u a dennˇe je na internetu vyprodukováno v´ıce neˇz 2,3 miliardy gigabyt˚u dat. Tento objem dat s kaˇzdým dalˇs´ım rokem roste a tempo r˚ustu se zrychluje. Toto je hlavn´ım d˚uvodem raketového vzestupu obor˚u jako jsou obory zabývaj´ıc´ı se analýzou a zpracován´ım Velkých dat (Big data - datové soubory takové velikosti, která neumoˇzˇnuje jejich zpracován´ı v normáln´ım ˇcase), nebo napˇr´ıklad strojového uˇcen´ı. Vzestup tˇechto obor˚u nevycház´ı, jak se obˇcas mylnˇe domn´ıvá, z r˚ustu výpoˇcetn´ı kapacity hardware. Ten se naopak postupnˇe zpomaluje a Moor˚uv zákon jiˇz nˇekolik posledn´ıch let neplat´ı. Vycház´ı ale hlavnˇe právˇe z expo- nenciáln´ıho r˚ustu vyprodukovaných dat ve svˇetˇe. D´ıky tomu se stroje mohou uˇcit na velkém poˇctu ukázkových dat a t´ım se efektivnˇe zlepˇsovat. Stále vˇsak nejsou kapacity na efektivn´ı zpracován´ı vˇsech produkovaných dat a reálnˇe vyuˇzitých je z tohoto d˚uvodu ve výsledku pouhý zlomek.

S internetem a produkovanými daty je úzce spojen obor informaˇcn´ıch technologi´ı, který se stal velkým fenoménem posledn´ıch nˇekolika let a to Inter- net vˇec´ı (Internet of Things). Základn´ı myˇslenkou IoT je propojen´ı fyzických zaˇr´ızen´ı pomoc´ı jedné s´ıtˇe, nebo skupiny v´ıce propojených s´ıt´ı. Zaˇr´ızen´ı potom budou moci komunikovat, vymˇeˇnovat si data a na jejich základˇe provádˇet urˇcité úkony. Podle odhad˚u by mˇelo být v roce 2020 v IoT pˇripojeno kolem 30 miliard zaˇr´ızen´ı. Budouc´ım c´ılem je to, aby prakticky kaˇzdá vˇec byla pˇripojena do IoT, sb´ırala data o sobˇe a o okol´ı a tyto data poté nˇekam odes´ılala, pˇr´ıpadnˇe pˇrij´ımala data a na jejich základˇe se rozhodovala, co dˇelat. Z toho je oˇcividné, ˇ

ze v dohledné budoucnosti budou internetem, pˇr´ıpadnˇe dalˇs´ımi s´ıtˇemi, proudit obrovské objemy dat, nesrovnatelné s t´ım, co jimi proud´ı nyn´ı. Toto je také

(18)

jedna z pˇrekáˇzek, s kterými se IoT potýká. Aktuáln´ı standardn´ı komunikaˇcn´ı technologie nejsou schopné efektivnˇe zvládat tyto objemy dat. A toto je pouze jeden z problém˚u, který mus´ı IoT do budoucna nˇejakým zp˚usobem vyˇreˇsit, pokud má být dosaˇzeno toho, co se oˇcekává.

Vedle IoT je dalˇs´ım fenoménem posledn´ı doby blockchain ¹ a dalˇs´ı jiné implementace decentralizovaných úˇcetn´ıch knih. Jednou z nich je takzvaný Tangle, tedy orientovaný acyklický graf vytvoˇrený spoleˇcnost´ı IOTA. Tangle a technologie s n´ım spojené by d´ıky svým vlastnostem mˇely být vhodné jako protokol právˇe pro IoT. IOTA se snaˇz´ı sv˚uj IOTA protokol zaloˇzený právˇe na technologii orientovaného acyklického grafu ustanovit jako nepsaný standard pro Internet vˇec´ı. Protokol je zat´ım v testovac´ı fázi a velkou ˇcást vývoje má stále pˇred sebou. IOTA Foundation, nezisková organizace stoj´ıc´ı za protokolem, s n´ım má ale pomˇernˇe veliké plány a jak uˇz bylo avizováno, usiluj´ı o to, aby se z nˇej stal standard pro IoT. Z tohoto d˚uvodu jsem se rozhodl v rámci práce zamˇeˇrit na IOTA protokol, jakým zp˚usobem funguje a jestli je vhodným ˇreˇsen´ım pro Internet vˇec´ı.

1Cesk´ˇ ym ekvivalentem slova blockchain byl dle volby na port´alu blockchain.cz zvolen v´yraz

”bloˇcenka“

(19)

Kapitola 1

C´ıle a metodika

1.1 C´ıle

Hlavn´ımi c´ıli práce je provést analýzu protokolu IOTA a moˇznost´ı jeho vyuˇzit´ı v rámci Internetu vˇec´ı, probrat moˇzné pˇr´ıpady uˇzit´ı daného protokolu a nové obchodn´ı modely a aplikace, které mohou d´ıky nˇemu vzniknout a v posledn´ı ˇradˇe vybrat jednu z tˇechto aplikac´ı a implementovat jádro systému, který bude aplikace vyuˇz´ıvat.

Za úˇcelem analýzy vyuˇzit´ı IOTA protokolu pro Internet vˇec´ı je nutné zanalyzovat Internet vˇec´ı jako takový a zamˇeˇrit se primárnˇe na hlavn´ı koncepty o které se op´ırá. U tˇechto koncept˚u a poˇzadavk˚u, které klade na vyuˇz´ıvané technologie zanalyzovat, jestli IOTA poˇzadavky splˇnuje a na základˇe toho rozhodnout o vhodnosti projektu pro pouˇzit´ı v rámci IoT ekosystému.

Jelikoˇz je protokol jeˇstˇe ve vývoji a jeho fináln´ı podoba se vˇsemi funk- cemi by mˇela být aˇz v budoucnosti, je také potˇreba zamˇeˇrit se na roadmapu projektu.

Za úˇcelem vyvinut´ı jádra aplikace na protokolu IOTA bude potˇreba zanalyzovat i moˇznosti vývoje na této technologii. Aktuálnˇe je ve vývoji nˇekolik knihoven pro r˚uzné jazyky a zároveˇn vzniká pˇr´ımo nový funkcionáln´ı jazyk pro tento protokol. Bude tedy tˇreba rozhodnout, jaké technologie budou pro vývoj vyuˇzity a jejich volbu od˚uvodnit.

Veskrze jsou c´ıle pr´ace pˇredevˇs´ım analytick´eho a reˇserˇsn´ıho charakteru.

Jelikoˇz se jedná o velmi novou technologii, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı pomˇernˇe neznámé a no- vé principy, je analýza rozhodnˇe na m´ıstˇe. Primárn´ım c´ılem práce je tedy seznámit ˇctenáˇre s protokolem IOTA a dát mu vhled do toho, jak funguje a proˇc by mˇel, pˇr´ıpadnˇe nemˇel být vyuˇz´ıván pro Internet vˇec´ı.

1.2 Metodika

Metodika na základˇe které bude tato diplomová práce vznikat pˇr´ımo vycház´ı z c´ıl˚u. Práce bude m´ıt tˇri hlavn´ı ˇcásti a to ˇcást reˇserˇsn´ı, analytickou a imple-

(20)

mentaˇcn´ı.

Prvn´ı, reˇserˇsn´ı ˇcást by mˇela seznámit ˇctenáˇre s histori´ı hlavn´ıch technologi´ı o kterých se bude dále v práci mluvit, tedy internetu samotného, následnˇe Internetu vˇec´ı a nakonec IOTA protokolu. Tam kde je to potˇreba by také mˇelo být vysvˇetleno, jak daná technologie funguje, tedy na ˇcem je zaloˇzená.

Tato ˇc´ast by mˇela slouˇzit jako podklad pro dalˇs´ı analytickou ˇc´ast.

Analytická ˇcást, která bude navazovat na reˇserˇsi by mˇela jiˇz prob´ırat jed- notlivé otázky, které byly vytyˇceny v rámci c´ıl˚u práce. Hlavn´ımi tématy tedy budou problémy s kterými se Internet vˇec´ı potýká a v návaznosti na to analýza IOTA protokolu a jeho vhodnosti jako standardu pro Internet vˇec´ı. Poté budou probrány jednotlivé ukázkové obchodn´ı modely a aplikace, které d´ıky protokolu mohou vzniknout.

V posledn´ı hlavn´ı ˇcásti, tedy ˇcásti implementaˇcn´ı se bude implementovat jádro jedné z aplikac´ı z analytické ˇcásti. Tato ˇcást bude m´ıt také svou analytickou ˇcást, která se ale bude uˇz zabývat pˇr´ımo otázkami spjatými s vývojem, tedy architekturou systému, pouˇzitými technologiemi a dalˇs´ımi vˇecmi potˇreb- nými pro vývoj. Následnˇe bude vysvˇetlena implementace jako taková, coˇz bude obohaceno ukázkami kódu, pˇr´ıpadnˇe pseudokód˚u a dalˇs´ıch vˇec´ı, které ˇctenáˇri daj´ı alespoˇn ˇcásteˇcný vhled do implementace. Na závˇer kapitoly bude samozˇrejmˇe zhodnocena implementace a doporuˇceny dalˇs´ı kroky pro vývoj aplikace.

1.3 Doba vzniku pr´ ace

Jelikoˇz je IOTA velmi mladá technologie a celkový ekosystém spjatý s decen- tralizovanými technologiemi, kryptomˇenami a internetem vˇec´ı se vyv´ıj´ı velmi rychle, je tˇreba upozornit na to, kdy tato práce vznikla, jelikoˇz je moˇzné, ˇze ˇcást informac´ı, které budou rozeb´ırány, jiˇz nebudou platné v dobˇe, kdy tuto práci ˇctete. Z tohoto d˚uvodu zde uvád´ım, ˇze vˇsechny informace v práci uve- dené jsou platné ke dni 30.11.2018 a informace týkaj´ıc´ı se implementace, tedy knihovny a zp˚usoby práce s nimi jsou platné ke dni 31.12.2018.

(21)

Kapitola 2

Reˇ serˇ sn´ı ˇ c´ ast

2.1 Internet vˇ ec´ı

2.1.1 Internet

2.1.1.1 Historie internetu

Aˇckoliv se dodnes vedou spory o pˇresném roce, kdy vznikl internet tak, jak ho známe dnes, jeho historie, aˇckoliv ˇcasovˇe pomˇernˇe dlouhá, nen´ı zase tak sloˇzitá a dá se jednoduˇse shrnout na pár ˇrádc´ıch. O to se také v následuj´ıc´ı ˇ

c´asti pokus´ım.

Prvn´ı zm´ınky o nˇeˇcem, co by mˇelo pˇripom´ınat internet, tedy moˇznost sociáln´ı interakce pomoc´ı s´ıt’ován´ı, vznikly v roce 1962. Za zprávami, které po- jednávaly o

”Galaktick´e s´ıti“ (

”Galactic network“) st´al J.C.R. Licklider z MIT.

Podaˇrilo se mu pˇresvˇedˇcit sv´e profesn´ı okol´ı o d˚uleˇzitosti tohoto konceptu.

Pocit nutnosti vyvinout nˇeco podobného jeˇstˇe podpoˇril strach ze Sovˇetského svazu a toho, ˇze by jednoduˇse mohl vyˇradit celý americký telefonn´ı systém, který byl v té dobˇe hlavn´ı komunikaˇcn´ı technologi´ı. Galaktická s´ıt’ by umoˇz- ˇ

novala komunikaci i v pˇr´ıpadˇe napaden´ı telefonn´ıho systému. Následnˇe v roce 1964 vydala RAND² skupina, v rámci armády spojených stát˚u, pojednán´ı zabývaj´ıc´ı se technologi´ı pˇrep´ınán´ı paket˚u (packet switching). Tato technologie umoˇznila pˇrenáˇsená data rozdˇelit na ˇcásti, takzvané pakety a ty pak jednotlivˇe pos´ılat r˚uznými cestami, coˇz zajist´ı lepˇs´ı dostupnost a horˇs´ı napadnutelnost s´ıtˇe. Bˇehem toho prob´ıhal návrh a diskuze o prvn´ı s´ıti nazvané ARPANET.

V roce 1968 byl jej´ı n´avrh znaˇcnˇe upraven a zaˇcal v´yvoj prvn´ıch komponent.

Prvn´ı pˇripojené zaˇr´ızen´ı bylo poté v roce 1969 a jednalo se o poˇc´ıtaˇc UCLA (Kalifornská univerzita v Los Angeles). Na konci roku k ARPANETu byly pˇripojené jiˇz ˇctyˇri zaˇr´ızen´ı a s postupem ˇcasu jejich poˇcet nar˚ustal. S rostouc´ım poˇctem ale pˇrestával být p˚uvodn´ı komunikaˇcn´ı protokol vyhovuj´ıc´ı, pˇredevˇs´ım z d˚uvodu nemoˇznosti ˇreˇsit chyby pˇri pˇrenosech, které v d˚usledku

2Americká nezisková výzkumná skupina

(22)

mohly zastavit celou s´ıt’. Z tohoto d˚uvodu vyˇslo v roce 1974 pojednán´ı od Vinta Cerfa a Boba Kahna, kde byl popsán princip, z kterého následnˇe vznikl TCP/IP protokol, tak jak ho známe dnes. Internet se postupnˇe technologicky vyv´ıjel, ale hlavn´ı krok pˇriˇsel v roce 1991, kdy Tim Berners-Lee v CERNu vy- tvoˇril HTML (jazyk pro tvorbu webových stránek) a HTTP (protokol urˇcený pro výmˇenu hypertextových HTML dokument˚u), coˇz dalo vzniknout systému World Wide Web (www), který nám umoˇzˇnuje internet vyuˇz´ıvat tak, jak jsme na to dnes zvykl´ı, tedy pˇredevˇs´ım vytváˇret a propojovat jednotlivé webové stránky. Od tohoto okamˇziku docház´ı jiˇz pouze k minoritn´ım zlepˇsován´ım, ale samotná podstata internetu a www byla dokonˇcena právˇe v roce 1991. [1]

2.1.1.2 Technologie internetu

Kdyˇz se budeme zabývat otázkou, na jakých technologi´ıch je internet zaloˇzen a jak funguje, mus´ıme se zabývat dvˇema ˇcástmi, které spolu ale velmi bl´ızce souvis´ı - hardwarovou infrastrukturou a protokoly. Tyto dvˇe ˇcásti spolu pln´ı primárn´ı a vlastnˇe jedinou funkci internetu, kterou je pˇrenos dat mezi dvˇema zaˇr´ızen´ımi v nˇem. Internet vyuˇz´ıvá velkou spoustu r˚uzných protokol˚u, které, aˇckoliv jsou ˇcasto samy o sobˇe velmi zaj´ımavé, také vˇetˇsinou pln´ı pouze velmi specifický úkol, napˇr´ıklad jako protokol SMTP, který umoˇzˇnuje pos´ılán´ı e- mail˚u. Z tohoto d˚uvodu se zamˇeˇr´ım v této kapitole pouze na opravdu základn´ı protokoly, které jsou k pˇrenosu dat nezbytné.

Kdyˇz se zamˇeˇr´ıme na samotný pˇrenos dat, mluv´ıme o pos´ılán´ı dat z jednoho zaˇr´ızen´ı do druhého. Obˇe tyto zaˇr´ızen´ı mus´ı být v s´ıti identifikovány unikátn´ım identifikátorem. V tomto pˇr´ıpadˇe IP adresou, jej´ıˇz formát, ani dalˇs´ı specifické informace nejsou pro pochopen´ı d˚uleˇzité. K pˇrenosu se pouˇz´ıvá hlavn´ı skupina protokolu nazvaná TCP/IP. Tuto skupinu rozdˇelujeme do ˇctyˇr vrstev:

1. Aplikaˇcn´ı vrstva - protokoly pro specifick´e aplikace, jako napˇr´ıklad SMTP

2. Transportn´ı vrstva - poskytuje kan´al pro pˇrenos dat a jejich pˇr´ıpadnou kontrolu

3. S´ıt’ová vrstva - zajiˇst’uje smˇerován´ı pˇrenáˇsených dat

4. Vrstva s´ıt’ového rozhran´ı - zajiˇst’uje samotný pˇrenos, tedy zakódován´ı a pˇr´ıstup k pˇrenosovému médiu

Pˇri komunikaci je zpráva v pˇr´ıpadˇe potˇreby rozdˇelena na v´ıce ˇcást´ı a ty jsou pos´ılány oddˇelenˇe. Kaˇzdá ˇcást ale pˇri pˇrenosu nejprve projde vˇsemi vrstvami, od aplikaˇcn´ı do vrstvy s´ıt’ového rozhran´ı. V kaˇzdé ˇcásti je s daty proveden specifický úkon a vˇetˇsinou jsou data

”obalena“ hlaviˇckou specifickou pro danou vrstvu, která nese informace d˚uleˇzité k doruˇcen´ı. Následnˇe je obalený kus dat poslán po internetu a na druhé stranˇe procház´ı opˇet vrstvami, ale v opaˇcném

(23)

sledu, tedy od s´ıt’ového rozhran´ı po aplikaˇcn´ı vrstvu. Toto je velice struˇcnˇe popsaný princip pˇrenosu dat s pouˇzit´ım TCP/IP protokolu. K pˇrenosu ale potˇrebujeme jeˇstˇe druhou ˇcást a to hardwarovou infrastrukturu.

Hardwarová infrastruktura je vlastnˇe fyzickou kostrou internetu, která je vyuˇz´ıvána k veˇskeré komunikaci. Základem s´ıtˇe je takzvaná Internetová páteˇr.

Jedná se o velkou skupinu navzájem propojených s´ıt´ı, které jsou vˇetˇsinou provozovány vládn´ımi nebo akademickými celky, pˇr´ıpadnˇe velkými technolo- gickými subjekty. Tato páteˇr se stará pˇredevˇs´ım o hlavn´ı pokryt´ı svˇeta a pˇrenos dat mezi kontinenty. V pˇr´ıpadˇe, ˇze je tˇreba poslat data z jednoho zaˇr´ızen´ı do druhého, je potom hlavn´ım vyuˇz´ıvaným zaˇr´ızeným takzvaný smˇerovaˇc (router). Toto zaˇr´ızen´ı má uloˇzenou smˇerovac´ı tabulku, která obsahuje jednotlivé IP adresy zaˇr´ızen´ı a k nim odpov´ıdaj´ıc´ı porty, kam data poslat. V pˇr´ıpadˇe, ˇ

ze pro danou adresu nemá odpov´ıdaj´ıc´ı port, poˇsle data na výchoz´ı adresu, na které je vˇetˇsinou dalˇs´ı router. Toto umoˇzˇnuje vytvoˇrit hierarchii router˚u a v d˚usledku toho hierarchii s´ıt´ı. Pokud jsou tedy odeslána data a maj´ı být doruˇcena na urˇcitou adresu, jsou postupnˇe pos´ılána mezi routery v hierarchii smˇerem nahoru, dokud nen´ı nalezen router, který ve své tabulce danou adresu má a adresa je tedy v jeho subs´ıti. Toto je v podstatˇe ve zkratce hlavn´ı princip internetu.

Internet jako takový vyuˇz´ıvá samozˇrejmˇe pro své fungován´ı velkou ˇradu protokol˚u, které nebyly zm´ınˇeny, jelikoˇz jako takové nejsou d˚uleˇzité pro tuto práci. Hlavn´ı d˚uleˇzitá informace je ta, ˇze internet jako takový je jedna velká s´ıt’, sloˇzená ze subs´ıt´ı, které umoˇzˇnuj´ı pˇrenos dat mezi zaˇr´ızen´ımi v nich. K tomuto je vyuˇz´ıvána urˇcitá hardwarová infrastruktura a pˇredevˇs´ım skupina protokol˚u, která definuje, jak jednotlivé komponenty pracuj´ı a jak jsou data pos´ılána. Je zároveˇn d˚uleˇzité sledovat stav s´ıtˇe a chápat, ˇze existuj´ı urˇcité metriky, jako napˇr´ıklad rychlost pˇrenosu, které ovlivˇnuj´ı celkovou pouˇzitelnost s´ıtˇe. [2]

2.1.2 Internet vˇec´ı

Internet vˇec´ı je posledn´ı dobou velmi skloˇnované téma, avˇsak stále nen´ı ucelená definice, která by ˇr´ıkala, co pˇresnˇe IoT je. Názory se velmi liˇs´ı a na jedné stranˇe jsou pˇredstavy, ˇze celý Internet vˇec´ı je prakticky pouze nejniˇzˇs´ı fyzická vrstva, která umoˇzˇnuje s´ıt’ové propojen´ı zaˇr´ızen´ı se senzory a na stranˇe druhé potom pˇredstava Internetu vˇec´ı jako vˇseobj´ımaj´ıc´ıho konstruktu, prostupuj´ıc´ıho nejenom technologiemi, ale i celou spoleˇcnost´ı a svˇetem. Mezi tˇemito dvˇema protipóly je potom spousta dalˇs´ıch definic, které se pˇriklánˇej´ı sp´ıˇse k jedné, nebo druhé stranˇe mince.

Z tohoto d˚uvodu budu v rámci této práce vycházet z dokumentu Towards a definition of the Internet of Things (IoT), od organizace IEEE, coˇz je ne- zisková organizace, která si klade za c´ıl technologický rozvoj v oblasti elek- trického a elektronického inˇzenýrstv´ı a v oblastech s nimi souvisej´ıc´ıch. Tento dokument byl pˇredloˇzen veˇrejnosti v roce 2015 a jeho c´ılem je bl´ıˇze specifiko- vat oblast IoT. Veˇrejnost byla v rámci vydán´ı tohoto dokumentu vyzvána, aby

(24)

se na definici spolupod´ılela a na základˇe toho by se mˇel dokument rozr˚ustat a upravovat. Aˇckoliv tedy dokument ani definice v nˇem obsaˇzené nejsou fináln´ı, budu z nˇej v rámci této práce vycházet, jelikoˇz se dle mého názoru jedná o jednu z nejdetailnˇejˇs´ıch a nejlépe strukturovaných definic této problematiky a zároveˇn je jej´ım autorem organizace IEEE, tedy instituce, která stoj´ı za jiˇz nespoˇctem podobných obecnˇe uznávaných definic a standard˚u.

Pokud tedy budeme vycházet z výˇse uvedeného dokumentu, budeme brát IoT jako obor, který se zabývá propojen´ım r˚uzných technologi´ı a spoleˇcen- ských obor˚u. Ve velice obecném smyslu tedy praktickým propojen´ım svˇeta v rámci jedné s´ıtˇe. Jelikoˇz se jedná o opravdu ˇsiroký zábˇer, rozdˇelujeme IoT do nˇekolika hlavn´ıch oblast´ı, které mohou být reprezentovány jako jednot- livé vrstvy IoT. Nejniˇzˇs´ı vrstvou je oblast týkaj´ıc´ı se systémové architek- tury a technologi´ı, které v˚ubec umoˇzˇnuj´ı Internet vˇec´ı. Zde mluv´ıme o protokolech, senzorech, napájen´ı a dalˇs´ıch nejd˚uleˇzitˇejˇs´ıch technologi´ıch pro samotné fungován´ı ekosystému. Nad touto vrstvou je vrstva softwarové ar- chitektury. Do n´ı spadaj´ı pˇredevˇs´ım operaˇcn´ı systémy, middleware, big data, API a dalˇs´ı technologie, které umoˇzˇnuj´ı udrˇzovat ekosystém z hlediska soft- warového. Nad n´ı se nacház´ı posledn´ı technologická vrstva a to vrstva sluˇzeb a aplikac´ı. Sem spadaj´ı uˇz samotná ˇreˇsen´ı postavená nad technologiemi.

Reˇˇ sen´ı, která pˇrivedou Internet vˇec´ı ke koncovému uˇzivateli. Jedná se o sa- motné aplikace a sluˇzby, jako napˇr´ıklad chytrá mˇesta, aplikace bˇeˇz´ıc´ı na do- mác´ıch spotˇrebiˇc´ıch a spoustu dalˇs´ıch, kterými se ˇcásteˇcnˇe budu zabývat v budouc´ıch kapitolách. Toto byly tˇri hlavn´ı technologické vrstvy. Nad aplikaˇcn´ı vrstvou jsou vˇsak jeˇstˇe dalˇs´ı dvˇe vrstvy, které jsou s IoT úzce spojené. Nejsou technického rázu, avˇsak z hlediska ekosystému, jeho vyuˇzit´ı a budoucnosti nejsou o nic ménˇe d˚uleˇzité. Pˇr´ımo nad aplikaˇcn´ı vrstvou se nacház´ı vrstvaob- chodn´ıch model˚u a ekosystému. Sem spadaj´ı pˇredevˇs´ım vˇeci týkaj´ıc´ı se obchodn´ıch model˚u, vyuˇz´ıvaj´ıc´ıch aplikac´ı z niˇzˇs´ı vrstvy koncovými uˇzivateli, coˇz je v d˚usledku velmi d˚uleˇzité, protoˇze to umoˇzn´ı provoz samotného ekosystému.

Kaˇzdý stroj v s´ıti mus´ı být nˇeˇc´ım pohánˇen a obchodn´ı modely by mˇely za- jistit, ˇze stroj, pˇr´ıpadnˇe jeho provozovatel bude m´ıt dostatek prostˇredk˚u, aby mohl bˇeˇzet. Nejvyˇsˇs´ı a také nejv´ıce abstraktn´ı vrstvou je vrstva sociáln´ıho dopadu IoT. Tato vrstva je uˇz velmi vzdálená od samotných technologi´ı.

Jedná se o dopady, které bude m´ıt Internet vˇec´ı na spoleˇcnost, zmˇeny které d´ıky tˇemto technologi´ım budou moci probˇehnout a to, jak se zmˇen´ı fungován´ı spousty obor˚u, instituc´ı a celkovˇe obraz svˇeta. Jak je tedy z této hierarchie vidˇet, IoT v podstatˇe zaˇc´ıná u nejjednoduˇsˇs´ıch senzor˚u a pomoc´ı jejich inte- grace a hromadného vyuˇzit´ı se snaˇz´ı vylepˇsit spoustu odvˇetv´ı a celkovˇe ˇzivot tak jak ho známe.[3]

2.1.2.1 Poˇzadavky na IoT syst´em

Vzhledem k tomu, ˇze Internet vˇec´ı má být obrovský ekosystém, který má propojovat opravdu velké mnoˇzstv´ı zaˇr´ızen´ı, dá se pˇredpokládat, ˇze po s´ıti budou

(25)

proudit obrovské objemy dat. Kaˇzdé zaˇr´ızen´ı si bude vymˇeˇnovat informace se spoustou dalˇs´ıch a to vˇse optimálnˇe v reálném ˇcase, aby mohly dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı okamˇzitˇe reagovat. Do toho vˇseho je potˇreba tyto data zpracovávat a analyzovat pro provozovatele systém˚u a zároveˇn data urˇcitým zp˚usobem agregovat a prezentovat koncovým uˇzivatel˚um. Toto klade pomˇernˇe specifické poˇzadavky na infrastrukturu, protokoly, senzory a prakticky vˇsechny technologické subjekty, které se nˇejakou m´ırou do provozu ekosystému zapojuj´ı.

Bezpeˇcnost Hlavn´ım poˇzadavkem na systémy bˇeˇz´ıc´ı v rámci Internetu vˇec´ı je bezpeˇcnost. Vzhledem k jednoduchosti vˇetˇsiny systém˚u bˇeˇz´ıc´ıch na chytrých zaˇr´ızen´ıch, jako je napˇr´ıklad chytrý kávovar, je ˇcasto bezpeˇcnost pˇrehl´ıˇzená.

Prvn´ı bˇeˇznou myˇslenkou je fakt, ˇze útoˇcn´ık nemá nic, co by z chytrého ká- vovaru ukradl. V nejhorˇs´ım pˇr´ıpadˇe by pˇreprogramoval systém tak, ˇze by m´ısto espressa dˇelal lungo. Problémem je vˇsak fakt, ˇze kávovar je pˇripojený k lokáln´ı s´ıti a t´ım, ˇze se jej útoˇcn´ıkovi podaˇrilo kv˚uli slabému zabezpeˇcen´ı napadnout, dostal pˇr´ıstup do lokáln´ı s´ıtˇe a d´ıky tomu je následnˇe schopný napadnout i dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı, která uˇz mohou pro provozovatele, nebo vlastn´ıka s´ıtˇe pˇredstavovat vˇetˇs´ı problém. Napˇr´ıklad smˇerovaˇc. Zároveˇn vzhledem k tomu, ˇ

ze v budoucnu bude zpracován´ı velkých dat na o mnoho lepˇs´ı úrovni, budou m´ıt data pomˇernˇe velkou cenu. Vzhledem k tomu, kolik dat bude proudit v IoT s´ıti, bude urˇcitˇe snaha tyto data zcizit. Z tohoto d˚uvodu bude d˚uleˇzité i za- bezpeˇcen´ı samotných pˇrenáˇsených dat. Proto je bezpeˇcnost jedn´ım z hlavn´ıch poˇzadavk˚u, avˇsak nejedná se pˇr´ımo o poˇzadavek vycházej´ıc´ı z podstaty Inter- netu vˇec´ı. Jde o obecný poˇzadavek na vˇsechny informaˇcn´ı systémy a hardware.

Pouze je zat´ım v rámci IoT zaˇr´ızen´ı ˇcasto lehce opom´ınán a z tohoto d˚uvodu jej povaˇzuji za velmi d˚uleˇzitý.

Propojitelnost Jelikoˇz má v rámci s´ıtˇe komunikovat spoustu zaˇr´ızen´ı, je d˚uleˇzité, aby byly systémy vytvoˇreny tak, aby se s jejich rozhran´ım dalo jed- noduˇse komunikovat. V budoucnu se pˇredpokládá, ˇze kaˇzdé zaˇr´ızen´ı bude spo- lupracovat s mnoha odliˇsnými typy systém˚u a dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı. Ledniˇcky budou komunikovat s drony, rozhran´ımi obchod˚u, kávovary a dalˇs´ımi podobnými systémy. Z tohoto d˚uvodu je tˇreba je vytváˇret takovým zp˚usobem, aby jejich propojen´ı nebylo sloˇzité a nebyla vyˇzadována spousta r˚uzných komunikaˇcn´ıch protokol˚u a pˇrekladaˇc˚u rozhran´ı.

Rychlost Rychlost je jednou z dalˇs´ıch hlavn´ıch promˇenných, které do fun- gován´ı ekosystému vstupuj´ı. Jednotlivá zaˇr´ızen´ı potˇrebuj´ı rychle reagovat na okoln´ı dˇen´ı, nebo na dalˇs´ı pro nˇe d˚uleˇzité informace. Z tohoto d˚uvodu nem˚uˇze docházet k zahlcen´ı s´ıtˇe a frontám, kdy by trvalo nˇekolik sekund, nebo i v´ıce, neˇz se dostane informace ze senzoru jednoho zaˇr´ızen´ı do druhého. S´ıt’ a vˇsechny jej´ı ˇcásti mus´ı fungovat rychle a nezdrˇzovat komunikaci.

(26)

ˇSkálovatelnost Na rychlost navazuje dalˇs´ı poˇzadavek a t´ım je ˇskálovatel- nost. Jedná se o jednu z aktuálnˇe nejd˚uleˇzitˇejˇs´ıch vlastnost´ı a zároveˇn vlastnost, která zat´ım p˚usob´ı nejvˇetˇs´ı pot´ıˇze pˇri snaze o vývoj funkˇcn´ıho IoT. Je- likoˇz se v budoucnu poˇc´ıtá s velkým poˇctem zaˇr´ızen´ı a zároveˇn s t´ım, ˇze poˇcet se bude postupnˇe zvyˇsovat, je tˇreba m´ıt moˇznost s´ıt’ jednoduˇse ˇskálovat. Op- timálnˇe tak, aby se s´ıt’ nezpomalovala s rostouc´ım poˇctem zaˇr´ızen´ı v n´ı.

Spotˇreba S velkým poˇctem zaˇr´ızen´ı se dá oˇcekávat i velká spotˇreba energie. Zde jsou dva hlavn´ı problémy. Prvn´ım je ekologický dopad, který bude m´ıt provoz takto velké s´ıtˇe. Výroba energie na svˇetˇe zat´ım nen´ı v takovém stavu, abychom byli schopn´ı produkovat jej´ı neomezené mnoˇzstv´ı. Provoz IoT se m˚uˇze tedy nepˇr´ıznivˇe podepsat na energetickém pr˚umyslu a v d˚usledku toho na samotné Zemi. Druhým problémem jsou pak i samotná zaˇr´ızen´ı. Dá se poˇc´ıtat s t´ım, ˇze spousta zaˇr´ızen´ı operuj´ıc´ıch v s´ıti bude mobiln´ı. Létaj´ıc´ı, poj´ızdná a dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı, která nebudou m´ıt moˇznost být neustále pˇripojena ke zdroji energie. Z tohoto d˚uvodu je tˇreba, aby jejich spotˇreba byla co nejmenˇs´ı, jelikoˇz mohou plnit svoje poslán´ı pouze ve chv´ıli, kdy mohou cestovat a nemus´ı být na m´ıstˇe a ˇcekat na dobit´ı.

Poˇzadavk˚u je samozˇrejmˇe mnohem v´ıce, ale tyto povaˇzuji za hlavn´ı. Zároveˇn spousta dalˇs´ıch poˇzadavk˚u se dá povaˇzovat za souˇcást jednoho z výˇse vy- psaných. Ve výsledku je tedy tˇreba, aby pˇri vývoji systém˚u, protokol˚u a hardware pro IoT bylo bráno v potaz, ˇze vyvinuté vˇeci mus´ı být dostateˇcnˇe za- bezpeˇcené, jednoduˇse propojitelné, rychlé, ˇskálovatelné a mus´ı m´ıt n´ızkou spotˇrebu. Toto vˇse umoˇzn´ı vytvoˇrit IoT ekosystém, který bude moci správnˇe plnit sv˚uj c´ıl. [4]

2.2 IOTA

Hlavn´ım c´ılem IOTA je stát se standardem v rámci Internetu vˇec´ı. Nejedná se o pˇrenosový protokol. IOTA jako taková je schopna pracovat na jakémkoliv transportn´ım protokolu, at’ uˇz se jedná o bluetooth, wifi, nebo cokoliv jiného.

C´ılem IOTA je stát se standardem pro ukládán´ı dat, tvorbu aplikac´ı nad s´ıt´ı a pˇredevˇs´ım se stát hlavn´ı technologi´ı pro M2M (machine to machine) ekonomii. Vzhledem k tomu, ˇze se jedná o pomˇernˇe novou technologii, obsahuje spoustu specifických názvoslov´ı, pro která jeˇstˇe nejsou ustálené ˇceské pˇreklady.

V takovém pˇr´ıpadˇe se tedy budou v textu ˇcasto pouˇz´ıvat origináln´ı anglické výrazy.

2.2.1 Distributed ledger

IOTA je podle IOTA Foundation novou generac´ı technologie distributed ledger (do ˇceˇstiny obˇcas pˇrekládáno doslovnˇe, tedy jako distribuovaná úˇcetn´ı kniha).

(27)

Pro pochopen´ı IOTA technologie je tedy potˇreba nejprve vysvˇetlit samotnou technologii distributed ledger.

Jedná se v podstatˇe o bˇeˇznou úˇcetn´ı knihu, tedy nˇeco, co zaznamená- vá pˇresun aktiv mezi subjekty formou transakc´ı. Tyto data mohou být za- znamenána r˚uznými formami. V bl´ızké minulosti byly vˇetˇsinou úˇcetn´ı knihy opravdové pap´ırové knihy. Nyn´ı jsou vˇetˇsinou jiˇz data uchovávána v digitá- ln´ıch databáz´ıch, nad kterými jsou postavené urˇcité systémy. Tyto technologie ale stále maj´ı nevýhodu, kterou je fakt, ˇze jsou data uloˇzena na jednom m´ıstˇe.

Jejich replikace a distribuce je potom sloˇzitá a zároveˇn nen´ı jednoduché ovˇeˇrit integritu dat. Toto ˇreˇs´ı právˇe distributed ledger. Jedná se o distribuovanou da- tabázi, tedy databázi, která je sd´ılená napˇr´ıˇc s´ıt´ı. Kaˇzdý subjekt v rámci s´ıtˇe tedy m˚uˇze m´ıt celou kopii dané databáze. Transakce se propisuj´ı do nˇekolika sekund ˇci minut napˇr´ıˇc celou s´ıt´ı a vˇsechny subjekty tedy vid´ı aktuáln´ı reálný stav. Nejznámˇejˇs´ı takovou technologi´ı souˇcasnosti je asi blockchain. Známý je pˇredevˇs´ım d´ıky své implementaci v rámci virtuáln´ı mˇeny Bitcoin. Jedná se vlastnˇe o implementaci distributed ledger, která umoˇzˇnuje jej provozovat d´ıky princip˚um a algoritm˚um, které ˇreˇs´ı právˇe integritu, bezpeˇcnost a dalˇs´ı otázky spojené s distribuovanou databáz´ı. IOTA je dalˇs´ı implementac´ı distributed ledger, nen´ı ale zaloˇzena na blockchainu, nýbrˇz na jiné technologii.

Touto technologi´ı je orientovaný acyklický graf (directed acyclic graph, DAG), který zakladatelé IOTA nazvali Tangle.

Distributed ledger jako technologie pˇrináˇs´ı novou formu bezpeˇcnosti a in- tegrity do databáz´ı. Vzhledem k tomu, ˇze je databáze distribuovaná mezi velké mnoˇzstv´ı subjekt˚u, musel by útoˇcn´ık napadnout ve stejnou chv´ıli vˇsechny, re- spektive alespoˇn 33% vˇsech subjekt˚u. Z tohoto d˚uvodu se o tuto technologii aktuálnˇe ve velkém zaj´ımaj´ı vlády stát˚u a velké firmy, které by distribuované databáze rády vyuˇzily, at’ uˇz v pˇr´ıpadˇe vlád napˇr´ıklad pro výbˇer dan´ı, tak v pˇr´ıpadˇe firem napˇr´ıklad pro lepˇs´ı zabezpeˇcen´ı svých dat.[5]

2.2.2 Orientovan´y acyklick´y graf

Jak bylo zm´ınˇeno v pˇredchoz´ı kapitole, IOTA je zaloˇzena na technologii ori- entovaného acyklického grafu, který je pracovnˇe pojmenován Tangle. Pro po- rozumˇen´ı základ˚u na kterých IOTA stoj´ı je tedy tˇreba nejprve vysvˇetlit, co v rámci grafu znamená to, ˇze je orientovaný a acyklický.

V pˇr´ıpadˇe orientovaného grafu v rámci teorie graf˚u mysl´ıme uspoˇrá- danou dvojici G = (V, A), kde V jsou vˇsechny uzly grafu a E jsou pak hrany grafu, tedy uspoˇrádané dvojice, které nám ˇr´ıkaj´ı, odkud kam hrana jde.

Vˇsechny hrany tedy maj´ı smˇer odkud kam jdou, odtud orientovan´y graf.[6]

Druhou vlastnost´ı tohoto grafu jeacykliˇcnost. Acyklický graf je takový, který v sobˇe neobsahuje ˇzádné grafové cykly, tedy subgrafy, kde nalezneme uzel, který je poˇcáteˇcn´ım a zároveˇn posledn´ım, v rámci grafu se tedy vytvoˇrila kruˇznice. Toto v rámci acyklického grafu nem˚uˇze nastat, jelikoˇz vˇsechny hrany jdou v podstatˇe jedn´ım smˇerem. Hrany se tedy nevrac´ı zpˇet k pˇredchoz´ım

(28)

Obrázek 2.1: Orientovaný acyklický graf

uzl˚um. Pokud oznaˇc´ıme vˇsechny uzly ˇc´ısly od 0 do n, nikdy by nemˇela být hrana od uzlu s vyˇsˇs´ı hodnotou do uzlu s niˇzˇs´ı. Orientovaný acyklický graf, vi- ditelný na obrázku 2.1, je tedy graf, který má smˇerované hrany, které jdou jedn´ım smˇerem a t´ım pádem nevytváˇr´ı cykly. D´ıky tˇemto vlastnostem je vhodným základem pro IOTA protokol.

2.2.3 Princip fungov´an´ı IOTA 2.2.3.1 Z´akladn´ı princip

Základn´ı myˇslenkou fungován´ı Tangle je to, ˇze pro zaloˇzen´ı transakce v s´ıti mus´ı zakládaj´ıc´ı uˇzivatel udˇelat práci, která potvrd´ı dalˇs´ı dvˇe transakce. Uzly s´ıtˇe, skrz které je transakce vytváˇrena samozˇrejmˇe kontroluj´ı, jestli v rámci transakc´ı nedocház´ı ke konflikt˚um s histori´ı Tangle a pokud ano, tak nepo- vol´ı danou transakci vytvoˇrit. ˇC´ım v´ıcekrát byla urˇcitá transakce potvrzena, t´ım d˚uvˇeryhodnˇejˇs´ı je v rámci s´ıtˇe. Aby byla transakce vytvoˇrena, vytváˇrej´ıc´ı uzel nejprve vybere dvˇe transakce podle specifického algoritmu, který bude probrán v rámci dalˇs´ıch kapitol. Následnˇe je uzlem provedena kontrola, jestli tyto dvˇe transakce nejsou konfliktn´ı a pokud ne, tak jsou transakce potvrzeny uzlem t´ım, ˇze vyˇreˇs´ı urˇcitý kryptografický úkol, podobný tomu, který se ˇreˇs´ı v rámci potvrzován´ı transakce Bitcoinu. Tento algoritmus je také ob- sahem dalˇs´ıch kapitol. Transakce potom odpov´ıdaj´ı jednotlivým uzl˚um grafu a hrany reprezentuj´ı to, která transakce potvrzuje kterou. Orientovanost grafu tedy umoˇzˇnuje zaznamenávat jednotlivá potvrzován´ı a acykliˇcnost je následnˇe zajiˇstˇena t´ım, ˇze nové transakce potvrzuj´ı starˇs´ı a starˇs´ı transakce uˇz nové nepotvrzuj´ı. Kaˇzdá transakce tedy potvrzuje dalˇs´ı transakce pouze pˇri svém vzniku a dál uˇz je pouze zaznamenána v rámci úˇcetn´ı knihy. Na zaˇcátku byl Tangle vytvoˇren s iniciáln´ı transakc´ı, které se ˇr´ıká

”genesis“, tato transakce dala vzniknout vˇsem token˚um. Co a k ˇcemu je token bude probr´ano v jedn´e z budouc´ıch kapitol.[7]

2.2.3.2 Uzly

Aˇckoliv v pˇredchoz´ım odstavci bylo ˇreˇceno, ˇze transakce jsou uzly grafu, coˇz je pravda, je pojem uzel v rámci IOTA pouˇz´ıván v trochu jiném významu.

Transakce jsou obsaˇzeny v distribuované úˇcetn´ı knize, která je orientovaným

(29)

acyklickým grafem, jak uˇz bylo nˇekolikrát ˇreˇceno. Uzly o kterých ale mluv´ıme jsou uzly jiného grafu a to grafu s´ıt’ové topologie, která umoˇzˇnuje decentra- lizaci. Kaˇzdý uzel této topologie je zaˇr´ızen´ı, které má staˇzenou celou kopii Tangle. Zároveˇn mus´ı m´ıt pˇriˇrazeny sousedn´ı uzly, kterým pos´ılá transakce, které vytvoˇril. Jedná se o broadcast operaci, kterou se zaˇr´ıd´ı distribuce do vˇsech uzl˚u. Tyto uzly tvoˇr´ı základn´ı topologii, která udrˇzuje Tangle v chodu.

Jelikoˇz uzly maj´ı celou kopii Tangle, ˇr´ıká se jim plné uzly (Full nodes). Vedle nich jeˇstˇe existuj´ı takzvané lehké uzly (Light nodes). Kaˇzdý lehký uzel mus´ı být napojený na nˇejaký plný a pracuje fakticky pouze jako rozhran´ı. Komu- nikuje s uzlem a umoˇzˇnuje uˇzivateli pracovat se s´ıt´ı, aniˇz by musel stahovat celou jej´ı historii.[8]

2.2.3.3 V´ahy transakc´ı

Hlavn´ım parametrem, který u transakce zaznamenáváme je jej´ı váha. Tyto váhy dˇel´ıme na dvˇe - vlastn´ı váhu transakce a jej´ı kumulativn´ı váhu. Vlastn´ı váha je váha, která je transakci pˇridˇelena pˇri jej´ım vzniku a odpov´ıdá tomu, kolik práce bylo pˇri jej´ım vytváˇren´ı zakládaj´ıc´ım uzlem odpracováno. V tuto chv´ıli jsou povolené hodnoty pro vlastn´ı váhu pouze 3ⁿ, kde n je kladné celé ˇ

c´ıslo. Kumulativn´ı váha transakce je potom souˇcet jej´ı vlastn´ı váhy a vlastn´ıch vah vˇsech transakc´ı, které ji pˇr´ımo nebo nepˇr´ımo potvrzuj´ı. S rostouc´ı kumulativn´ı vahou transakce samozˇrejmˇe roste jej´ı d˚uvˇeryhodnost. Vzhledem k tomuto principu jsou tedy starˇs´ı transakce d˚uvˇeryhodnˇejˇs´ı a jejich dvˇeryhodnost stále roste, jelikoˇz kaˇzdá nová transakce zvˇetˇs´ı váhu dvou dalˇs´ıch, které zvˇetˇs´ı váhu tˇech které potvrzuj´ı tyto dvˇe a v d˚usledku se takto zvýˇs´ı váha vˇsech pˇredchoz´ıch transakc´ı, které jsou nepˇr´ımo potvrzeny novˇe vytvoˇrenou. U jed- notlivých transakc´ı jeˇstˇe m˚uˇzeme zaznamenávat jejich výˇsku a hloubku, coˇz jsou parametry, které v tuto chv´ıli nejsou d˚uleˇzité a v pˇr´ıpadˇe potˇreby budou vysvˇetleny v budouc´ıch kapitolách.[7]

2.2.3.4 V´ybˇer transakc´ı k potvrzen´ı

Algoritmus, který vyb´ırá zat´ım nepotvrzené transakce (nazývané

”tips“), které maj´ı být potvrzeny novou transakc´ı, je metoda Monte Carlo pomoc´ı náhodné procházky (RWMC - Random Walk Monte Carlo - podtˇr´ıda tˇr´ıdy algoritm˚u Monte Carlo pomoc´ı Markovova ˇRetˇezce). Jádrem algoritmu pro výbˇer transakc´ı, které budou novˇe pˇr´ıchoz´ı transakc´ı potvrzeny, je tedy náhodná pro- cházka. Jedná se o proces, bˇehem kterého se v kaˇzdém kroku objekt po- hne urˇcitým náhodným smˇerem[9]. V tomto pˇr´ıpadˇe pˇri výbˇeru transakce je v prvn´ım kroku vybrána genesis transakce, tedy úplnˇe prvn´ı transakce v Tan- gle a v kaˇzdém dalˇs´ım kroku se výbˇer posune do jedné z transakc´ı, které transakci tohoto kroku pˇr´ımo potvrzuj´ı. V pˇr´ıpadˇe, ˇze by se jednalo ˇcistˇe o náhodnou procházku, byla by transakce na kterou se v dalˇs´ım kroku posu- neme vyb´ırána náhodnˇe. Toto by ovˇsem neˇreˇsilo problém takzvaných

”l´ın´ych

(30)

transakc´ı“ (Osobn´ı pˇreklad, v p˚uvodn´ım znˇen´ı

”lazy tips“). Jde o transakce, které potvrzuj´ı transakce staré a ne nové, a to z toho d˚uvodu, ˇze pr˚ubˇeˇznˇe ne- sleduj´ı aktuáln´ı stav Tangle. Nevid´ı tedy nové transakce a potvrzuj´ı ty, které jsou z jejich pohledu nejnovˇejˇs´ı, aˇckoliv ve skuteˇcnosti jsou jiˇz zastaralé a mˇely by být potvrzované novˇejˇs´ı. L´ıná transakce je vyobrazena na obrázku 2.2.

Obrázek 2.2: L´ıná transakce 14 potvrzuj´ıc´ı transakce staré

Na nˇem je vidˇet, ˇze novˇe vzniklá transakce 14 potvrzuje transakce 0, 1 a 3, tedy jedny z nejstarˇs´ıch transakc´ı, aˇckoliv by optimálnˇe mˇela potvrzovat sp´ıˇse napˇr´ıklad transakce 8, 9 nebo 11. Toto chován´ı je pro s´ıt’ nevhodné a je tˇreba mu urˇcitým zp˚usobem zabránit. Moˇznost´ı, která je vyuˇz´ıvána je trestat lazy tips t´ım, ˇze budou pˇri výbˇeru transakc´ı k potvrzen´ı upˇrednostˇnovány transakce, které se chovaj´ı správnˇe a drˇz´ı krok s aktuáln´ım stavem s´ıtˇe. V pˇr´ıpadˇe bˇeˇzné náhodné procházky tyto ˇspatnˇe se chovaj´ıc´ı transakce nejsou nijak pe- nalizovány. Zároveˇn ale nen´ı moˇzné vytvoˇrit pravidlo, ˇze novˇe vznikaj´ıc´ı transakce vˇzdy mus´ı potvrdit dvˇe nejnovˇejˇs´ı transakce v s´ıti, jelikoˇz nelze pˇresnˇe ˇr´ıci, kdy která transakce vznikla. Z tohoto d˚uvodu je m´ısto bˇeˇzné náhodné procházky vyuˇzita náhodná procházka váˇzená. Ta je zaloˇzena na principu, kdy se na dalˇs´ı transakci neposouváme s náhodnou pravdˇepodobnost´ı, ale na kaˇzdou se m˚uˇzeme posunout s urˇcitou pravdˇepodobnost´ı. Zde je vyuˇzita kumulativn´ı váha transakce o které je psáno v minulém odstavci zabývaj´ıc´ım se vahami. Tato kumulativn´ı váha je urˇcuj´ıc´ım faktorem pro pravdˇepodobnost pˇrechodu. Transakce s vyˇsˇs´ı kumulativn´ı vahou maj´ı vˇetˇs´ı ˇsanci, ˇze se do nich v rámci náhodné procházky dostaneme. T´ımto je zajiˇstˇeno to, ˇze ze staré transakce nep˚ujdeme rovnou na jednu z nejnovˇejˇs´ıch, která je lazy tip, je- likoˇz potvrzuje transakci starou. Lazy tip bude m´ıt totiˇz malou kumulativn´ı váhu a z transakce tedy vˇzdy s vˇetˇs´ı pravdˇepodobnost´ı pˇrejdeme do transakce, která je bliˇzˇs´ı ˇcasu vytvoˇren´ı transakce, ve které se aktuálnˇe nacház´ıme.[10]

V rámci urˇcován´ı pravdˇepodobnosti se jeˇstˇe pracuje s parametrem α, kter´y urˇcuje, jak velkou váhu v rámci pravdˇepodobnosti má právˇe kumulativn´ı váha.

(31)

Pro α = 0 máme ˇcistou náhodnou procházku, ve které váha nehraje ˇzádnou roli. Pro α = 1 naopak váha hraje jedinou roli a v kaˇzdém kroku pˇrejdeme na potvrzuj´ıc´ı transakci s nejvyˇsˇs´ı kumulativn´ı váhou. To také nen´ı vhodné, jelikoˇz v takovém pˇr´ıpadˇe by docházelo k nepotvrzen´ı velké ˇcásti transakc´ı.

Vhodná hodnota pro parametrαje stále pˇredmˇetem výzkum˚u. Obecnˇe se pro urˇcité situace pouˇz´ıvaj´ı jeho r˚uzné hodnoty.[7]

2.2.3.5 Vytvoˇren´ı transakce

K tomu, aby byla transakce akceptovaná Tangle, mus´ı obsahovat takzvanou kryptografickou nonce. Výraz nonce, pouˇz´ıvaný v kryptografii, obecnˇe zna- mená ˇc´ıslo, které je urˇceno pouze k jednorázovému pouˇzit´ı. Z tohoto d˚uvodu je ˇcasto jeho souˇcást´ı aktuáln´ı ˇcasová znaˇcka. Data transakce jsou zakódována a uloˇzena ve 2673 trytech. Tryte je ternárn´ı obdobou bajtu. Je sloˇzen z pˇeti trit˚u. Ternárn´ı logikou a d˚uvody proˇc ji IOTA vyuˇz´ıvá, se budu zabývat v budouc´ıch kapitolách této práce. Posledn´ıch 81 tryt˚u je rezervováno právˇe pro nonce. K tomu aby transakce z´ıskala nonce, mus´ı nejprve vyˇreˇsit urˇcitý kryp- tografický problém. Principu, kdy k vyuˇzit´ı sluˇzby je nejprve tˇreba provést výpoˇcetn´ı úkony, se obecnˇe ˇr´ıká proof-of-work a jedná se pomˇernˇe vhodný nástroj pro zamezen´ı DoS (Denial of Service - typ útoku, kdy je generováno velké mnoˇzstv´ı poˇzadavk˚u, t´ım zahlcena s´ıt’ a tak znemoˇznˇen pˇr´ıstup ke sluˇzbˇe ostatn´ım uˇzivatel˚um) útok˚um, nebo spamu.[11] Takovýmto známým systé- mem je napˇr´ıklad Hashcash. Algoritmus je pouˇz´ıván pˇredevˇs´ım k zamezen´ı spamu v rámci elektronické poˇsty. Funguje tak, ˇze pro odeslán´ı mus´ı odesi- latel pˇriloˇzit hlaviˇcku v urˇcitém formátu. Hlaviˇcka se skládá z urˇcitých dat doplnˇených ˇc´ıslem, které je na zaˇcátku nastaveno na náhodnou hodnotu.

Následnˇe je hlaviˇcka zahashována funkc´ı SHA-1 a pokud zaˇc´ıná na 20 nu- lových bit˚u, jedná se o pouˇzitelnou hlaviˇcku. Pokud na zaˇcátku nemá alespoˇn 20 nulových bit˚u, je tˇreba upravit doplˇnuj´ıc´ı ˇc´ıslo a zkusit hlaviˇcku zahashovat znovu. Toto je tˇreba opakovat do té doby, neˇz je nalezena hlaviˇcka, která má poˇzadovaný formát. D´ıky tomuto nelze efektivnˇe spamovat s´ıt’, jelikoˇz nen´ı moˇzné generovat velké mnoˇzstv´ı validn´ıch hlaviˇcek v krátkém ˇcase.[12]

IOTA je zaloˇzena na velmi podobném principu. Nonce, které mus´ı být pˇriloˇzeno na konci zakódované transakce mus´ı obsahovat urˇcitý poˇcet nulových trit˚u na konci. Tento poˇcet je urˇcen konstantou, které se ˇr´ıká minimum weight magnitude (MWM). V dobˇe psan´ı této práce je na hlavn´ı s´ıti nastavena na hodnotu 15. Nonce tedy mus´ı m´ıt na konci minimálnˇe 15 nulových trit˚u. Je- likoˇz se jedná o ternárn´ı soustavu, nen´ı moˇzné pouˇz´ıt klasické hashovac´ı funkce a z toho d˚uvodu byla IOTA vývojáˇri vytvoˇrena prvn´ı existuj´ıc´ı ternárn´ı hashovac´ı funkce, která se nazývá Curl. Tato funkce vzbudila velkou kontroverzi, pˇredevˇs´ım kv˚uli výzkumu týmu z MIT, který v n´ı nalezl urˇcité chyby a oznaˇcil ji za nedostateˇcnˇe bezpeˇcnou a celou IOTA s´ıt’ tedy za jednoduˇse napadnu- telnou. Chyba byla následnˇe opravena.[13]. Tato implementace proof-of-work zabraˇnuje mnoha typ˚um útoku na s´ıt’. [14]

(32)

2.2.3.6 Validn´ı transakce

V pˇredchoz´ıch kapitolách bylo vysvˇetleno, jakým zp˚usobem je transakce po- tvrzovaná a co znamená, ˇze jedna transakce potvrzuje jinou. Hlavn´ı vˇec´ı, která je ale d˚uleˇzitá pro práci se samotnou úˇcetn´ı knihou je fakt, jestli je urˇcitá transakce brána jako potvrzená v rámci celé s´ıtˇe (v rámci odliˇsen´ı názvoslov´ı pro potvrzen´ı jedné transakce druhou a potvrzen´ı transakce v rámci celé s´ıtˇe, nazývejme toto potvrzen´ı validitou transakce), nebo ne. D´ıky tomu jsme schopn´ı napˇr´ıklad pˇrijmout platbu. Ve chv´ıli co v´ıme, ˇze je transakce validn´ı, máme jistotu, ˇze probˇehla a ˇze tedy zdroje byly pˇrevedeny. Rozhod- nut´ı, jestli je urˇcitá transakce validn´ı, je zaloˇzeno na stejném algoritmu, jako výbˇer transakc´ı k potvrzen´ı, tedy na metodˇe Monte Carlo pomoc´ı náhodné procházky.

Pˇri ovˇeˇrován´ı validity je na zaˇcátku vybráno pomoc´ı RWMC sto zat´ım ne- potvrzených transakc´ı a následnˇe zjist´ıme, kolik z nich pˇr´ımo nebo nepˇr´ımo potvrzuje ovˇeˇrovanou transakci. Procento transakc´ı, které ji potvrzuj´ı se nazývá jistota potvrzen´ı (Osobn´ı pˇreklad, v p˚uvodn´ım znˇen´ı

”confirmation confi- dence“). Kdy bereme transakci jako validn´ı si potom urˇcuje s´am tv˚urce aplikace. Typicky nen´ı nikdy jistota validity, ale vˇzdy m´ame pouze jistotu potvrzen´ı.

2.2.3.7 Koordin´ator

Jednou z hlavn´ıch otázek, která se týká decentralizovaných úˇcetn´ıch knih, je bezpeˇcnost a pˇredevˇs´ım d˚uvˇeryhodnost dat, která se v knize nacház´ı. Existuje nˇekolik typ˚u útok˚u, kterým m˚uˇze Tangle, stejnˇe jako blockchain a dalˇs´ı dis- tribuované s´ıtˇe, ˇcelit. Kaˇzdá technologie se pˇred útoky brán´ı jiným zp˚usobem.

V pˇr´ıpadˇe Tangle je hlavn´ım bezpeˇcnostn´ı prvkem fakt, ˇze vytvoˇren´ı kaˇzdé transakce vyˇzaduje urˇcitou výpoˇcetn´ı kapacitu. Z tohoto d˚uvodu by mˇela být moˇznost z´ıskat nadvládu nad vˇetˇsinou s´ıtˇe nemoˇzná. Je to zp˚usobeno t´ım, ˇze ˇc´ım v´ıce transakc´ı vzniká, t´ım v´ıce transakc´ı je tˇreba vytvoˇrit k tomu, aby jejich autor z´ıskal vˇetˇsinu v s´ıti. T´ım pádem nar˚ustá i výpoˇcetn´ı kapacita, která je tˇreba k vytvoˇren´ı daného poˇctu transakc´ı. Moˇznost vytvoˇrit do- stateˇcný poˇcet podvodných transakc´ı k prosazen´ı vlastn´ıch dat v s´ıti by tedy mˇela být v teorii nemoˇzná z d˚uvodu obrovských náklad˚u na výpoˇcetn´ı s´ılu.

Je zde ovˇsem urˇcit´a hranice poˇctu transakc´ı za sekundu, pod kterou nen´ı s´ıt’

bezpeˇcná, vzhledem k faktu, ˇze pro bezpeˇcnost je tˇreba, aby poˇcet vznikaj´ıc´ıch transakc´ı byl znatelnˇe vˇetˇs´ı oproti výpoˇcetn´ı kapacitˇe útoˇcn´ıka.

Protoˇze ekosystém se ale nacház´ı v pomˇernˇe raném stádiu vývoje, nen´ı s´ıt’

vyuˇz´ıvána zdaleka tolik, jako by v budoucnu mˇela být. Poˇcet transakc´ı, které vznikaj´ı je tedy pomˇernˇe malý a z tohoto d˚uvodu nezajiˇst’uje dostateˇcnou bezpeˇcnost s´ıtˇe. Pro útoˇcn´ıka by teoreticky nebylo tak tˇeˇzké vytvoˇrit mnoho uzl˚u a zaˇc´ıt generovat velké mnoˇzstv´ı podvodných transakc´ı, které by potom mˇely pomˇernˇe velkou ˇsanci, ˇze budou pˇri náhodné procházce vybrány. Z tohoto

(33)

d˚uvodu je v s´ıti speciáln´ı uzel, provozovaný pˇr´ımo IOTA Foundation, zvaný Koordinátor. Ten vytváˇr´ı kaˇzdé dvˇe minuty takzvanou miln´ıkovou transakci (Milestone transaction). Transakce, které jsou pˇr´ımo nebo nepˇr´ımo potvrzeny miln´ıkovou transakc´ı jsou povaˇzovány za validn´ı, tedy ˇze maj´ı jistotu potvrzen´ı 100%. Tyto miln´ıkové transakce nemohou být ˇzádným zp˚usobem falˇsovány, jelikoˇz jsou speciálnˇe podepsané Koordinátorem, coˇz dokládá jejich zdroj. Z tohoto d˚uvodu máme jistotu validity transakce, která by v tuto chv´ıli pˇri pomˇernˇe malém poˇctu transakc´ı byla ménˇe d˚uvˇeryhodná, pˇr´ıpadnˇe nedosaˇzitelná.[15]

Existence Koordinátora vzbuzuje velké emoce v rámci veˇrejnosti, která z tohoto d˚uvodu ˇcasto Tangle napadá kv˚uli tomu, ˇze nen´ı ve skuteˇcnosti decen- tralizovaný, jelikoˇz v nˇem existuje uzel, který urˇcuje jednu pravdu. Aˇckoliv je toto pravda a jedná se o uzel, který je vytvoˇren IOTA Foundation a zároveˇn j´ı provozován, uzel nevytváˇr´ı nové tokeny, ani neumoˇzˇnuje takzvané dvoj´ı výdaje (typ útoku, kterým se také budeme zabývat v analytické ˇcásti). Samozˇrejmˇe se ale jedná o urˇcité specifikum, které by nemˇelo v s´ıti být. C´ılem IOTA Foundation je vytvoˇrit naprosto decentralizovanou s´ıt’ a z tohoto d˚uvodu vid´ı odstranˇen´ı Koordinátora jako nevyhnutelný krok. P˚uvodn´ı plán byl, ˇze k od- stranˇen´ı dojde v létˇe roku 2018, k ˇcemuˇz vˇsak nedoˇslo, pˇredevˇs´ım z d˚uvodu malé vyzrálosti s´ıtˇe. Ta je hlavn´ım problémem pˇri snaze o odstranˇen´ı. Dokud nebude s´ıt’ dostateˇcnˇe vyuˇz´ıvaná, aby mohl být Koordinátor odstranˇen, aniˇz by vznikly potenciáln´ı bezpeˇcnostn´ı d´ıry v s´ıti, nem˚uˇze k odstranˇen´ı doj´ıt. Sna- hou je samozˇrejmˇe, aby k tomuto doˇslo co nejdˇr´ıve, ale zde se jedná o otázku vyuˇzit´ı dané technologie, která nen´ı pˇr´ımo v rukou IOTA Foundation a je tedy otázkou budoucnosti, s nemoˇznost´ı pˇresnˇe urˇcit specifický term´ın.[14]

2.2.3.8 Tern´arn´ı logika

IOTA samotná nen´ı, jako témˇeˇr veˇskerá zbylá technologie, postavená na principu dvojkové soustavy (binárn´ı), ale na soustavˇe ternárn´ı, tedy trojkové.

Pˇresnˇeji na balancované trojkové soustavˇe, tedy pouˇz´ıvaj´ıc´ı oproti normáln´ı ternárn´ı soustavˇe s hodnotami 0, 1, 2 hodnoty -1, 0, 1. D˚uvodem k tomuto je fakt, ˇze trojková soustava by mˇela být rychlejˇs´ı neˇz dvojková a v mnoha ohledech by i práce s n´ı mˇela být pˇrirozenˇejˇs´ı, neˇz právˇe se soustavou binárn´ı.

Napˇr´ıklad práce se znaménky, nebo desetinnými ˇc´ısly je o poznán´ı jednoduˇsˇs´ı.

Veˇskerá data jsou tedy zakódována do trit˚u, ekvivalentu bit˚u dvojkové soustavy. Trity se sluˇcuj´ı do tryt˚u, tedy trojic trit˚u. Jeden tryte tedy m˚uˇze nabývat 27 r˚uzných hodnot. IOTA Foundation jednotlivým hodnotám pˇriˇradi- la znaky a to velká p´ısmena abecedy a ˇc´ıslo 9.[16] Vzhledem k aktuáln´ı absenci hardware, který by podporoval ternárn´ı soustavu, jsou data vˇzdy zakódována do tˇechto znak˚u a následnˇe pˇrenáˇsena klasickým zp˚usobem, tedy zakódována do dvojkové soustavy. Tv˚urci projektu ale vˇeˇr´ı, ˇze v budoucnu budou standardem ternárn´ı mikroprocesory, které umoˇzn´ı práci pˇr´ımo s ternárn´ı soustavou a tedy znaˇcnˇe zrychl´ı a zjednoduˇs´ı i práci se samotným IOTA protokolem.

(34)

Jedn´ım z projekt˚u, který by údajnˇe mˇel jiˇz vyv´ıjet levný a energeticky velmi nenároˇcný ternárn´ı procesor je projekt Jinn. Tento projekt by mˇel být veden jedn´ım z hlavn´ım vývojáˇr˚u IOTA. Spousta informac´ı jsou ale sp´ıˇse do- hady a kromˇe nˇekolika komentáˇr˚u na fórech, pˇr´ıpadnˇe dalˇs´ıch komunikaˇcn´ıch kanálech IOTA Foundation, je projekt pomˇernˇe nepr˚uhledný.

Ternárn´ı logika je zároveˇn jedn´ım z d˚uvod˚u, proˇc je IOTA bezpeˇcnˇejˇs´ı, neˇz vˇetˇsina projekt˚u podobného typu a to z d˚uvodu, ˇze je odolná v˚uˇci kvan- tovému poˇc´ıtán´ı. Aˇckoliv je technologie kvantového poˇc´ıtán´ı zat´ım ve velmi rané a pˇredevˇs´ım teoretické fázi, pomalu vznikaj´ı jednoduché prototypy. Do budoucna se vˇeˇr´ı, ˇze kvantové poˇc´ıtaˇce budou fungovat a jako takové znehod- not´ı velkou ˇcást souˇcasné kryptografie, jelikoˇz jejich výpoˇcetn´ı kapacita bude umoˇzˇnovat prolomen´ı velké ˇcásti kl´ıˇc˚u hrubou silou. V pˇr´ıpadˇe IOTA jsou kl´ıˇce tvoˇreny 81 tryty a z tohoto d˚uvodu jsou i pro kvantové poˇc´ıtaˇce hrubou silou neprolomitelné. [14]

2.2.3.9 IOTA Token

Jelikoˇz je IOTA protokol, jehoˇz hlavn´ı podstatou je technologie decentralizo- vané úˇcetn´ı knihy, je zjevné, ˇze kromˇe samotných technologi´ı pˇrenosu a distribuce dat je tˇreba, aby existovalo nˇeco, co bude m´ıt nomináln´ı hodnotu, která bude v rámci transakc´ı pˇrevádˇena. Tuto hodnotu nese IOTA token. Token obecnˇe je vˇetˇsinou definován jako mince nebo listina, jej´ıˇz nomináln´ı hodnota, tedy hodnota vˇetˇsinou na minci pˇr´ımo uvedená, je vˇetˇs´ı neˇz jej´ı vnitˇrn´ı hodnota.[17] Vnitˇrn´ı hodnotou je myˇslena napˇr´ıklad cena materiálu ze kterého je daná mince vyrobena. Typickou ukázkou jsou napˇr´ıklad bˇeˇzné mˇeny jako euro nebo ˇceská Koruna. Dalˇs´ım d˚uleˇzitým aspektem je to, ˇze token by mˇel být vˇetˇsinou spravován jednou instituc´ı a nemˇelo by tedy být moˇzné jeho hodnotu ovlivˇnovat napˇr´ıklad t´ım, ˇze si ho doma sami vytvoˇr´ıme, ˇc´ımˇz jeho hodnotu devalvujeme vpuˇstˇen´ım velkého objemu na trh.

Posledn´ı dobou se ukazuje, ˇze tokeny jako takové v˚ubec nemus´ı být fy- zické. Ukázkou jsou napˇr´ıklad kryptomˇeny, které vznikaj´ı v rámci specifických projekt˚u a vˇetˇsinou jsou postaveny na d˚uleˇzité vlastnosti decentralizace. Toto jim dává urˇcitou výhodu oproti bˇeˇzným mˇenám spravovaným centráln´ımi ban- kami. Banky samy rozhoduj´ı, kolik token˚u, v jejich pˇr´ıpadˇe vˇetˇsinou penˇez, ne- chaj´ı vytisknout a poˇslou do obˇehu. T´ım jsou schopné na pˇr´ımo ovlivˇnovat hodnotu dané mˇeny, coˇz je základem monetárn´ı politiky. V modern´ı spoleˇcnosti je toto ˇc´ım dál t´ım v´ıce pˇredmˇetem kritiky, jelikoˇz je poukazováno na fakt, ˇze to odporuje volnému trhu a takováto m´ıra centralizace nen´ı vhodná, jelikoˇz hodnota mˇeny neodpov´ıdá realitˇe, coˇz m˚uˇze vést k ekonomickým problém˚um.

Oproti tomu vˇetˇsina kryptomˇen je zaloˇzena na principu, kdy nikdo nem˚uˇze rozhodnout o vydán´ı dalˇs´ıch token˚u do obˇehu, ani jejich staˇzen´ı z nˇej. To- ken vˇetˇsinou vzniká na základˇe prvotn´ıho pravidla, které vzniklo spoleˇcnˇe s tokenem samotným. At’ uˇz jsou v obˇehu tokeny vˇsechny, nebo ne, je ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u pˇredem známé, kolik jich v obˇehu bude maximálnˇe a jak se

(35)

do obˇehu dostávaj´ı. V pˇr´ıpadˇe Bitcoinu napˇr´ıklad nové tokeny vznikaj´ı pˇri takzvané tˇeˇzbˇe, tedy ovˇeˇrován´ı transakc´ı pomoc´ı proof-of-work, za coˇz jsou tˇeˇzaˇri odmˇeˇnováni ˇcásteˇcnˇe poplatky, které plat´ı ti, kteˇr´ı transakce zakládaj´ı a ˇcásteˇcnˇe jsou placeni novˇe vznikaj´ıc´ımi tokeny. Obt´ıˇznost proof-of-work se ale s nar˚ustaj´ıc´ım poˇctem token˚u v obˇehu zvyˇsuje a t´ım pádem se postupnˇe sniˇzuje rychlost vznikán´ı token˚u nových. Zároveˇn se dopˇredu v´ı, kolik token˚u bude a kdy uˇz tˇeˇzba nebude pˇrináˇset nové. Z tohoto d˚uvodu nedrˇz´ı moc nad cenou tokenu v rukou jedna instituce, ale cena vycház´ı pˇr´ımo z trhu na základˇe nab´ıdky a poptávky.

V pˇr´ıpadˇe IOTA tokenu byly vˇsechny tokeny do obˇehu vydány hned na zaˇcátku v rámci genesis transakce. Tento poˇcet se nikdy nebude mˇenit a tokeny se daj´ı pouze koupit, nebo z´ıskat jinou cestou, ale vˇzdy tak, ˇze jsou zaslány v rámci transakce. Nikdy nem˚uˇze vzniknout nový IOTA token. V obˇehu je 2 779 530 283 277 761 IOTA token˚u, kterým se jednoduˇse ˇr´ıká IOTA. Jedná se o ˇc´ıslo shodné s (3³³−1)/2. Jedná se o nejvˇetˇs´ı 33-tritové ˇc´ıslo. Tedy pˇrevedeno do ternárn´ıho kódován´ı, 33 jedniˇcek v ˇradˇe. Jelikoˇz se jedná o opravdu velký poˇcet, je d´ıky tomu moˇzné pˇrenáˇset opravdu malé finanˇcn´ı ˇcástky. V dobˇe kdy vzniká tato práce, se cena IOTA pohybuje okolo des´ıtek cent˚u amerického dolaru za 1 000 000 IOTA. 1 IOTA se tedy pohybuje okolo 0,0005 Korun ˇ

ceských. Vzhledem k faktu, ˇze 1 IOTA je v tuto chv´ıli aˇz pˇr´ıliˇs malá pro bˇeˇzné uˇzit´ı, bere se za základn´ı jednotku 1 000 000 IOTA, tedy 1 MIOTA. V rámci IOTA názvoslov´ı se pouˇz´ıvá mezinárodn´ı systém jednotek (Systém SI). Ukázka jednotlivých jednotek a jejich hodnot je v tabulce 2.1. IOTA jako taková je uˇz dále nedˇelitelná a nejmenˇs´ı proveditelná transakce je tedy 1 IOTA.

Jednotka N´azev Hodnota

Pi Peta IOTA 10¹⁵

Ti Terra IOTA 10¹²

Gi Giga IOTA 10⁹

Mi Mega IOTA 10⁶

Ki Kilo IOTA 10³

i IOTA 1

Tabulka 2.1: Pˇrevody jednotek IOTA

2.2.3.10 Seed a adresy

Specifikum IOTA protokolu nen´ı pouze ve vytváˇren´ı a ovˇeˇrován´ı transakc´ı, ale i v samotném pˇr´ıstupu a práci s adresami. V minulém odstavci byl popsán IOTA token a fakt, ˇze jedn´ım z hlavn´ıch úˇcel˚u Tangle je pˇrevod token˚u mezi

´

uˇcty. At’ uˇz je úˇcet vlastnˇen fyzickou osobou a ovládán ruˇcnˇe, nebo je souˇcást´ı IoT zaˇr´ızen´ı a práce s tokeny prob´ıhá strojovˇe, mus´ı být dodrˇzován specifický princip, který vycház´ı z metodiky, kterou je pracováno s adresami a úˇcty.

(36)

V kryptografii známe asynchronn´ı ˇsifry, které jsou zaloˇzeny na principu soukromého a veˇrejného kl´ıˇce. Veˇrejný kl´ıˇc m˚uˇzeme distribuovat a je pouˇz´ıván dalˇs´ımi stranami, které pomoc´ı nˇej zaˇsifruj´ı zprávy, které nám pos´ılaj´ı. Oproti tomu soukromým kl´ıˇcem, který z d˚uvodu bezpeˇcnosti nesm´ıme nikomu po- skytnout, jsme schopn´ı pˇrijatou zprávu deˇsifrovat.[18] IOTA je zaloˇzena na podobném principu s urˇcitou limitac´ı. V rámci IOTA s´ıtˇe rozliˇsujeme nˇeco ˇcemu m˚uˇzeme ˇr´ıkat napˇr´ıklad úˇcet, nebo penˇeˇzenka. Ty na sebe mohou m´ıt navázáno v´ıce adres.

Hlavn´ım identifikátorem úˇctu je ˇretˇezec nazývaný seed. Jedná se o ˇretˇezec dlouhý 81 znak˚u sloˇzený pouze z velkých p´ısmen abecedy a ˇc´ısla 9. Seed je jediným identifikátorem úˇctu a pouze pomoc´ı nˇej se dá s úˇctem pracovat.

Funguje tedy mimo jiné jako doklad vlastnictv´ı daného úˇctu. Z tohoto d˚uvodu by mˇel být vhodnˇe uloˇzen a zabezpeˇcen.

Pro generován´ı soukromých kl´ıˇc˚u adres k danému úˇctu je vyuˇz´ıváno speci-

´

aln´ı sch´ema zaloˇzeno na WOTS sch´ematu (Winternitz One-Time Signature).

Soukromý kl´ıˇc je generován ze seedu zkombinovaným s indexem adresy. Prvn´ı adresa má index 0, druhá 1 a tak dále. Soukromý kl´ıˇc pro prvn´ı adresu tedy z´ıskáme tak, ˇze jako vstup hashovac´ı funkce pouˇzijeme seed doplnˇený o ˇc´ıslo 0. V tomto pˇr´ıpadˇe se pouˇz´ıvá hashovac´ı funkce Kerl, coˇz je dalˇs´ı hashovac´ı funkce vyvinutá IOTA Foundation. Je zaloˇzena na hashovac´ı funkci Keccak secure hash, která se v podstatˇe stala pˇredlohou funkce SHA3-256.[19] Za- hashován´ım dostaneme privátn´ı kl´ıˇc. Pokud tento kl´ıˇc znovu zahashujeme stejnou funkc´ı, dostaneme k nˇemu pˇr´ısluˇsný veˇrejný kl´ıˇc. V pˇr´ıpadˇe, ˇze dojde k vytvoˇren´ı transakce, která odes´ılá tokeny na jiný úˇcet, je vlastnictv´ı token˚u doloˇzeno podpisem transakce soukromým kl´ıˇcem. Vzhledem k vyuˇzit´ı WOTS je podpisem zveˇrejnˇena polovina privátn´ıho kl´ıˇce a t´ım pádem docház´ı k 50% sn´ıˇzen´ı bezpeˇcnosti adresy. S kaˇzdým dalˇs´ım pouˇzit´ım této adresy by jej´ı bezpeˇcnost dále klesala. Z tohoto d˚uvodu je tedy pˇri kaˇzdé odchoz´ı transakci pˇr´ısluˇsná ˇcást token˚u odeslána na adresu pˇr´ıjemce a zbylé tokeny na adrese jsou poslány na novou adresu, která má index o jedna vyˇsˇs´ı neˇz aktuáln´ı.

T´ımto je zajiˇstˇeno to, ˇze tokeny nebudou z˚ustávat na neúplnˇe bezpeˇcné adrese. Lze tedy na jednu adresu opakovanˇe pˇrij´ımat tokeny, ale jakmile jednou z adresy nˇejaké tokeny odejdou, je tˇreba adresu opustit.[14]

D˚uleˇzitým aspektem je také pˇripojen´ı adresy k Tangle. Novˇe vzniklá adresa nemus´ı být k Tangle pˇripojena. To samo o sobˇe nevad´ı, jelikoˇz v pˇr´ıpadˇe, ˇze vznikne transakce, která pos´ılá tokeny na tuto adresu, bude automaticky pˇripojena. Je ale dobré adresy pˇripojovat vˇzdy hned po vzniku z d˚uvodu algoritmu kterým jsou nalézány vˇsechny adresy propojené s urˇcitým seedem.

Takto je napˇr´ıklad zjiˇst’ován objem token˚u na úˇctu aplikacemi, které nab´ızej´ı uˇzivatelské rozhran´ı k úˇctu. Postupnˇe se hledaj´ı vˇsechny adresy spojené se seedem od indexu 0. Ve chv´ıli co algoritmus dojde k indexu adresy, který neexistuje, tak se zastav´ı a posˇc´ıtá objemy na vˇsech nalezených adresách (Ob- jem by mˇel být pouze na posledn´ı nalezené adrese kv˚uli bezpeˇcnosti - jisté to ale samozˇrejmˇe nen´ı). Je teoreticky ale moˇzné, ˇze adresa s indexem x ne-